사람은 허파를 통해 호흡을 합니다. 허파에 있는 수백만 개의 폐포에서 기체 교환이 일어납니다. 들숨과 날숨은 압력 변화에 의해 일어나는 호흡 반응입니다. 이산화탄소의 농도는 사람의 호흡에 가장 큰 영향을 미칩니다.
허파의 구조와 조직 분비물들의 역할
공기는 입이나 콧수멍을 거쳐 인두에서 합쳐져서 허파로 들어갑니다. 인두 아래에 있는 기도는 위까지 음식물을 전달하고 공기를 전달하는 기관은 허파까지 이어집니다. 기도가 시작하는 부위에는 후두가 있고 이곳에 성대가 있습니다. 기도는 2개의 기관지로 나누어집니다. 각각은 한쪽 허파와 연결됩니다. 기관지는 나뉘어서 허파의 모든 부위까지 뻗어 있는 구조의 기도를 만듭니다. 가장 작은 기관지를 세기관지라고 부릅니다. 세기관지는 더 나뉘어서 결국 허파꽈리라 부르는 얇은 벽을 가진 아주 작은 공기주머니로 이어집니다. 허파꽈리는 폐포라고 부르기도 합니다. 폐포는 기체가 교환되는 장소입니다. 사람의 허파는 3억 개 정도의 폐포를 가집니다. 하나의 폐포는 아주 작지만 전체 표면적은 대략 농구장 면적의 25%인 70제곱미터입니다. 폐포는 아주 얇은 세포로 이루어져 있습니다. 벽이 아주 랍은 세포로 된 모세혈관 망이 폐포 사이에 위치하거나 폐포를 감싸고 있습니다. 허파 조직의 분비물을 기체 교환에 직접 관여하지 않습니다. 하지만 허파의 기능에 중요한 역할을 합니다. 기도에서 분비되는 점액은 흡입되는 먼지나 병원체 포획을 돕습니다. 기관지와 세기관지에 있는 섬모는 점액과 포획된 찌꺼기를 후두까지 쓸어 올려 삼킬 수 있게 합니다. 폐포의 특수화된 세포는 표면활성제로서 역할을 하는 지방산 물질을 분비해서 폐포의 안쪽 벽을 덮고 있는 얇은 액체막의 표면장력을 감소시킵니다. 이 작업은 허파를 부풀게 하기 위해 반드시 필요합니다.
압력 변화에 따라 들숨과 날숨이 일어난다.
사람의 허파는 흉강에 위치합니다. 흉강의 위쪽은 팔이음뼈에 양쪽 옆은 흉곽 그리고 아래쪽 바닥은 횡격막에 의해 경계를 이루는 공간입니다. 허파는 가슴막이라고 하는 조직의 연속된 박판에 의해 둘러싸여 있습니다. 흉강 역시 가슴막에 싸여 있습니다. 허파의 가슴막과 흉강 사이의 가슴막 공간에는 액체로 된 얇은 막이 있습니다. 가슴막 내부 표면에서 이 액체는 윤활액 역할을 합니다. 휴식 때 들숨은 근육성 횡격막의 수축에 의해 시작됩니다. 이는 아래쪽으로 내려가면서 흉강을 팽창시키고 가슴막을 잡아당깁니다. 가슴막이 허파를 당기면 허파는 팽창합니다. 이와 반대로 날숨은 보통 근육 활동을 필요로 하지 않습니다. 횡격막이 이완하면 허파 조직에서는 탄력적 반동이 일어납니다. 이러한 반동은 횡격막을 위로 당기고 공기를 기도 밖으로 밀어냅니다. 격렬한 운동 중에는 근육이 추가적으로 작용하는데 이때 갈비 사이근과 복부 근육은 들이마시고 내쉬는 공기의 부피를 증가시킵니다. 갈비뼈 사이의 바깥 갈비 사이근은 갈비뼈를 위쪽과 바깥쪽으로 올려 흉강을 팽창시킵니다. 이 과정에서 들숨 예비량을 사용하게 만듭니다. 날숨은 속 갈비 사이근이 갈비뼈를 아래쪽과 안쪽으로 잡아당깁니다. 복부 근육의 수축은 복부 내용물을 횡격막까지 밀어 올리는 능동적인 과정입니다. 속 갈비 사이근과 복부 근육은 다 함께 보통보다 더 많이 허파를 비우게 만들어 예비 잔기량을 사용하게 만듭니다.
호흡에서 가장 중요한 자극은 혈중 이산화탄소의 농도
호흡은 중추신경계의 자율적 기능입니다. 뇌에 있는 연수가 호흡근육을 조절하고 호흡 속도를 설정합니다. 연수에 있는 호흡 운동 뉴런 집단은 흡입이 시작되기 직전에 점화 속도를 증가시킵니다. 점화 숙도가 빨라지면 횡격막이 수축합니다. 반대로 모든 뉴런이 점화를 중지하면 횡격막이 이완되고 날숨이 시작됩니다. 호흡의 깊이와 빈도는 산소의 공급과 이산화탄소를 제거하기 위해 몸이 요구하는 수준에 맞추어 조정됩니다. 사람의 호흡 속도는 혈중 산소 농도의 조절을 받을 것으로 예상할지 모릅니다. 하지만 사람의 동맥은 산소 농도의 감소에는 민감하지 않습니다. 하지만 이산화탄소의 농도의 증가에는 매우 민감한 것으로 밝혀졌습니다. 동맥의 산소 분압이 정상치에서 많이 벗어난다 하더라도 호흡 속도에는 큰 변화를 일으키지 않습니다. 반면 혈중 이산화탄소 농도는 조금만 증가해도 호흡을 크게 증가시킵니다.
